Surge Arrester Misslyckandeanalys och Förebyggande: Nyckelorsaker till 10 kV Fördelningsblitzavledares Avbrott

1. Introduktion

Under drift av elkraftsystem står huvudutrustningen inför hot från interna och atmosfäriska överspänningar. Överspänningsbeskyddare, särskilt metalloxidöverspänningsbeskyddare (MOA) med utmärkta icke-linjära spännings-ströms-karakteristika, är viktiga för skydd på grund av deras bra prestanda, stora strömhantering och stark resistens mot föroreningar. Men långvarig exponering för nätspänning, tillsammans med komponentens kvalitet, tillverkningsprocesser och externa miljöer, gör MOA benägna för ovanliga uppvärmningar eller explosioner, vilket kräver vetenskaplig identifiering, bedömning och förebyggande.

Detta dokument behandlar storskaliga fel hos 10 kV distributions-MOA i en region. Analysen visar att brustna beskyddare koncentreras på ett tillverkarens modell. Tre felaktiga fas- och två normala fas-MOA av denna modell har demonterats och testats för att fastställa orsaker och åtgärder.

2. Felöversikt

Felaktiga överspänningsbeskyddare fördelas på 10 kV distributionslinjer från en 35 kV understation. Fel inträffar ofta under åskvädersäsongen, och understationens avvikande/felförekomster kan inte korrespondera med felaktiga fas-beskyddare. De fem proverade beskyddarna saknar exakt skyddsåtgärds- och feldokumentationsinformation. Åskplaceringssystem visar att det 2020 var 516 åskslag inom en radie av 10 km centrerad på denna understation.

Efter installation på plats genomfördes överlämningsprov (inklusive isolationsmotståndstest, 1 mA DC-referensspänningsprov och läckageströmsprov vid 0,75 gånger 1 mA DC-referensspänning), alla med godkända resultat.

3. Orsaksanalys av fel

Tre felaktiga fas-beskyddare (Nr.1, Nr.2, Nr.3) har demonterats; två normala fas-beskyddare (Nr.4, Nr.5) har testats och demonterats för jämförelse, för att identifiera orsakerna till storskaliga fel.

3.1 Ofullständig namnplatsinformation

Av tre felaktiga fas- och två normala fas-beskyddare: 4 har tillverkningsdatum men inga serienummer; 1 har serienummer men inget datum; annan information är relativt komplett.

Namnplattor är viktiga för drift- och underhållspersonal för att få grundläggande utrustningsinformation. Saknade tillverkningsdatum/serienummer hindrar livslängdsberäkning och kvalitetsåterföljning, vilket hindrar centraliserat defektledning.

3.2 Varistorer är alla fragment

Demontering av Nr.1 felaktig beskyddare visar: 6 varistorer mellan två elektroder, med brännmärken och vit pulver på vissa ytor; förutom relativt plana övre/nedre ytor, är varistorerna irregelbunda i form, utan enhetlig storlek eller disposition. Tjocklekar inkluderar 18 mm, 20 mm, 23 mm, och 25 mm. Tre varistorer har regelbundna yttre bågar (antagligen från de yttre cirklarna av fullständiga disk- eller ringformade varistorer). Liknande problem finns i de andra två felaktiga fas-beskyddarna.

Den intakta Nr. 5 överspänningsbeskyddaren har demonterats (ingen skada under process, resultat i Figur 4). Inuti: 5 varistorstycken + 3 metallunderlägg. Varistorer har plana topp/bottenytor, annars irregelbunda fragment, liknande andra: 3 stycken ~22mm tjocka, 1 på 20mm, 1 på 17mm. 3 stycken visar regelbundna yttre bågar (från yttre cirklar av fullständiga disk/ringformade varistorer); 2 visar regelbundna inre bågar (från inre cirklar av fullständiga ringformade varistorer).

Varistorer i standard metalloxidöverspänningsbeskyddare är regelbundna skivor, ringar eller cylindrar. Deras dimensioner kopplas strikt till spänningsförhållandet (residual/referensspänning), potentialgradient, strömhantering, råmaterial och eldningsprocesser. Innan kärnan monteras genomgår varje varistor fullständiga tester (nätspänning, DC, högströmimpuls, kvadratvåg, etc.). Endast passerade delar monteras.

Demontering visar att dessa beskyddare använder ovanliga varistorer: olika antal varistorer/metalldelar mellan samma modellen; irregelbunda former, varierande tjocklekar och ojämna yttre bågar. Således är kärnor lagade från fragment av konventionella varistorer (olika specifikationer/elparametrar), inte 10 kV-standard. Jämförelse av felaktiga vs. normala faser bekräftar att detta är en fabriksgrek, inte felinducerad.

Sådana varistorer har undermålig elektrisk prestanda. Ojämna kontaktarealer förvärrar överspänningsmotstånd, strömhantering och stabilitet - lätt orsakar nedbrott under linjeslag.

3.3 Dålig täthet av kompositjacka

Demontering av Nr. 3 felaktig beskyddare: ena änden av kompositjackan är väl tillsluten med elektroden (Figur 5); den andra änden saknar gjutningstillslutning. Bara lite tätningsmassa fyller elektrode-båge-skyddsgapet - ineffektivt för skydd, orsakar gap och allvarlig rost på elektroden (Figur 6).

Denna dåliga täthet kommer från otillräcklig gjutning i produktion, inte fel.

Kompositjackan saknar gjutningstillslutning på ena sidan av bågeskyddscylinder, och trådade ytan av elektrodblocket är allvarligt rostig. Det visar att även med tätningsmassa kan fukt tränga in i bågeskyddscylindern genom trådfickor. Under drift, fukt som sitter fast vid varistorernas kärnassemblies yta ökar läckageströmmen och resistiva komponenter, vilket orsakar allvarlig uppvärmning. Långvarig drift leder till stigande temperaturer inuti bågeskyddscylindern, möjligen smälter och spränger cylinderväggen, gradvis försämrar överspänningsbeskyddarens driftkvalitet.

Vid inspektion av Nr. 4 överspänningsbeskyddare, hittades ojämn tjocklek av kompositjackan vid ena elektrodänden. En mikrometer mätte den tjockaste delen till 4,985 mm och den tunnaste till bara 0,275 mm, som visas i Figur 7. Figuren visar också att jackans centralelektrodperforering inte är en standardcirkel, vilket indikerar dålig täthet här.

Kompositjackan består huvudsakligen av silikonkautschuk. Dess ojämn tjocklek beror på dålig processkontroll och eccentricitet under vulkaniseringsskedet i produktion. För konventionella 10 kV överspänningsbeskyddare har kompositjackan en jämn tjocklek på 3-5 mm. Förtunnat silikonkautschuk har dålig åldringstålighet och är benäget att spricka. Det tillåter inte bara fukt att tränga in och sitta fast på isolationscylinderns yta, vilket orsakar fuktrelaterade fel, men kan också skada utrustningens yttre isolationsprestanda, blir en viktig faktor som begränsar produktkvaliteten.

3.4 Godkänd i konventionella tester, ej godkänd i specialtester

DC-spänningsrelaterade tester utfördes på den normala Nr. 5 överspänningsbeskyddaren, med resultat som visas i Tabell 1.

För att verifiera dess överströmningstålighet utfördes en högströmimpulstest på den normala Nr. 4 överspänningsbeskyddaren. Även när testimpulströmmen var långt under den standardspecifika värdet, upplevde beskyddaren fortfarande nedbrott och sprängning, vilket resulterade i ett misslyckat test. Detaljerade data presenteras i Tabell 2.

4. Rekommendationer

När det gäller anbudsförfaranden och inköp av överspänningsbeskyddare (särskilt för distributionsnät) ska leverantörskvalifikationer och tekniska specifikationer definieras tydligt. Välj leverantörer med mogna processer och bra prestanda; undvik för låga kostnadsanbud.

Vid godkännande av levererade distributionsnätsbeskyddare måste byggnads- och driftenheter följa standarder som "Fem-Pass". Genomför punkt-för-punkt kontroller, behåll fabriksprovrapporter för att säkerställa godkännandegrader.

Använd provplattformar från provningscenter för material. Utför provtagningar (AC/DC, högströmimpuls, täthet) för 10 kV-beskyddare för att förhindra ogodkända produkter från att anslutas till nätet.

Efter installation, innan inmatning, följ strikt GB 50150—2016 för platsprover. Utgiv standardiserade rapporter, arkivera som krävs. Se till att fullständig datamanagement-process (produktion → transport → godkännande → överlämningsprov → inmatning). Efter inmatning, förstärk patrulleringar/dokumentation. Under regntider, använd infraröd bild. Vid ovanliga uppvärmningar, stäng av och byt ut snabbt för att förhindra felutbredning.